Як зграї риб вдається злагоджено плавати
Увага: Через позицію правовласника щодо вмісту дане відео українською було видалене з Ютуб каналу "Цікава наука". Ви зможете знайти його на Толоці.
Як зграї риб вдається плавати так злагоджено?
І як крихітні клітини у вашому мозку породжують складні думки, спогади й свідомість, що формують ваше "Я"?
Це здається дивним, але на ці запитання існує одна відповідь — емерджентність, або спонтанне виникнення складної поведінки й функцій у великих груп або систем, що складаються з простих елементів.
Як і багато інших тварин риби збираються в групи не лише тому, що їм подобається бути разом.
Для них це питання виживання.
Косяки риб демонструють складну колективну поведінку, яка дозволяє їм уникати голодних хижаків.
Тоді як ізольовану від інших рибину простіше запримітити в якості легкої здобичі.
То яка з риб у зграї є ватажком, що керує поведінкою інших?
Насправді жодна з них, і водночас кожна.
Що це означає?
Поки косяк риб так елегантно звивається, повертається й ухиляється від акул, що нагадує усвідомлену координацію, кожна окрема рибина лише слідує двом основним правилам, що не мають нічого спільного з акулами.
Перше — триматися поруч, але не надто близько до свого сусіда.
І друге — перебувати в постійному русі.
Як окремі особини, вони зосереджені на деталях цих локальних взаємодій.
Але, як тільки до групи приєднається достатньо багато риб, стається дещо вражаюче.
Рух окремих особин відходить на другий план перед цілком новим утворенням — зграєю, яка має власний набір елементів поведінки.
Зграя не підкоряється жодній окремій рибині, вона просто проявляється, коли достатньо велика кількість риб дотримується певних локальних правил.
Це схоже на випадковість, яка повторюється знову і знову, дозволяючи рибі у всьому океані досить надійно уникати хижаків.
І це стосується не лише риб.
Емерджентність — основна властивість багатьох складних систем взаємодіючих елементів.
Наприклад, характерний спосіб, яким мільйони піщинок стикаються і падають одна на одну, майже завжди спричиняє утворення схожих на хвилі структур.
А коли волога замерзає в атмосфері, особливості процесу утворення зав’язків між молекулами води призводять до утворення променеподібної кристалічної решітки, яка у підсумку формує сніжинки.
Складність емерджентності полягає в тому, що ви не зможете її зрозуміти, просто розібравши на складові, як двигун автомобіля.
Розбір на складові хороший перший крок до розуміння складної системи.
Але варто зменшити зграю риб до окремих особин, як вони втратять здатність уникати хижаків, і не зможуть навчитися це робити.
Якщо ви зведете будову мозку до окремих нейронів, то ви залишитесь з чимось зовсім непридатним і не схожим на те, що дає нам можливість описати мислення, чи поведінку.
Незалежно від того, про що ви думаєте прямо зараз, це відбувається не в одному нейроні десь у закутку вашого мозку.
Навпаки, розум формується в результаті спільних дій багатьох, дуже багатьох нейронів.
У людському мозку є мільярди нейронів, і трильйони зав’язків між цими нейронами.
Якщо активувати настільки складну систему, вона могла б поводитися усіма можливими способами.
Але цього не відбувається.
Як і рибини в зграї, нейрони нашого мозку підкоряються простим правилам.
Їхня діяльність як групи самоорганізується у вигляді певних моделей, які дозволяють вам, наприклад, розпізнавати обличчя, успішно виконувати одні й ті ж завдання багато разів, і зберігати кумедні звички, які так подобаються іншим.
То, якими ж є ті прості правили, якщо справа стосується мозку?
Основна функція кожного нейрону в мозку — збудження, або гальмування інших нейронів.
Якщо з’єднати декілька нейронів разом у простий ланцюг, то можна згенерувати ритмічну нервову активність — петлі зворотного зв’язку, які підсилюють, або вимикають сигнал, детектори збігів і розгальмовування, де два послідовні гальмівні нейрони можуть фактично активувати інший нейрон, прибравши механізми, що блокували передачу сигналів до нього.
Чим більше нейронів з’єднується, тим складніші моделі активності формуються в їхній мережі.
І ось вже багато нейронів взаємодіють багатьма різними шляхами воднораз, і система стає хаотичною.
Еволюцію функціонування мережі неможливо пояснити, використовуючи лише прості локальні схеми, описані раніше.
І тем не менш у цьому хаосі можуть утворюватися шаблони, які з’являються знову і знову, постійно відтворюючись.
У певні моменти ці емерджентні шаблони діяльності стають достатньо складними й допитливими, щоб почати вивчати власне біологічне походження, не кажучи вже про емерджентність.
Ми з’ясували, що феномену емерджентності на дуже різних масштабах притаманні такі ж дивовижні особливості, що ми знаходимо у риб.
Для емерджентності не обов’язково, щоб хтось, або щось було головним, або ведучим.
Якщо запроваджені хороші правила, і дотримуються базові умови, складна система відтворюватиме всі ті ж моделі поведінки знову і знову, перетворюючи хаос на порядок.
Це справедливо і для безлічі молекул, що дозволяє вашим клітинам функціонувати, і для заплутаного мережива нейронів, що відповідають за ваші думки та особистість, для вашого кола друзів та вашої сім’ї, а також для інфраструктури та економіки міст по всій планеті.
